tugas nanofiltrasi

7/29/2019 tugas nanofiltrasi

1/30

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Orang sering berkata, bila industri pertanian merupakan industri yang

termasuk kuno. Mereka serting tidak mau tahu atau bahkan tidak menyadari bila

industri ini justru merupakan industri yang punya hubungan langsung dengan

kebutuhan pokok atau primer bagi setiap manusia yang hidup di dunia. Jadi mau tidak

mau atau suka dan tidak suka, kita mutlak harus bisa memenuhi kebutuhan nomor

satu ini, selain sandang atau pakaian dan tempat tinggal atau rumah.Pada jaman dahulu, agar bisa terus hidup manusia menggunakan pisau batu

atau alat lain untuk memotong tanaman agar bisa dimasak lalu dimakan. Selanjutnya,

setelah pola pikir mulai berkembang, mereka mulai menanam tanaman dengan cara

yang masih sangat sederhana sekali. Demikian pula bila ingin memakan daging

hewan. Pertama kali yang dilakukan untuk mendapatkan daging adalah dengan cara

berburu. Namun selanjutnya, mereka juga bisa berternak binatang peliharaan. Inilah

yang dinamakan dengan teknologi pertanian (dan peternakan) yang terus

berkembang.

Setelah peradaban makin maju, teknologi pertanian juga terus bergerak ke

depan. Dan selanjutnya, di jaman modern ini telah berubah menjadi suatu industri

yang disebut dengan industri pertanian. Pelaku utama dari industri ini tentu saja para

petani atau orang yang bekerja di bidang yang berhubungan dengan dunia pertanian.

Industri pertanian punya masa depan yang bagus bila dijadikan sebagai landasan

pembangunan di Indonesia. Karena negeri ini punya modal utama yang bisa

kembangkan, yaitu kekayaan alam yang bisa digunakan untuk pengembangan

ekonomi pada sektor pertanian. Demikian pula dengan sumber daya manusia yang

tingkat pendidikannya cukup memadai untuk menjawab segala tantangan yang ada.


2/30

Selain itu, jumlah penduduk Indonesia yang cukup banyak juga bisa menjadi pasar

yang bisa menyerap semua hasil produksi dari industri pertanian selain pasar

internasional yang prospeknya juga tidak kalah besar.

1.2. Tujuan

1. Dapat Mengetahui karakteristik membran nano

2. Dapat mengetahui kegunaan dan aplikasi dalam industri pertanian

3. Perbandingan karakteristik dengan membran lain

1.3. Rumusan Masalah

Seberapa efektif penyaringan menggunakan membran nano


3/30

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Definisi Membran

Penyaringan didefinisikan sebagai pemisahan dua atau lebih komponen dari

aliran cair atau gas didasarkan pada perbedaan ukuran. Secara tradisional, biasanya

merujuk pada pemisahan partikel dari zat cair atau gas. Pemisahan dengan membran

diperluas sebagai suatu proses untuk memisahkan zat terlarut. Fungsi utama membran

adalah sebagai lapisan selektif. Membran menahan komponen tertentu dan

melewatkan komponen lainnya baik pada medium cair maupun gas. Secara lebihspesifik membran dapat didefinisikan sebagai:

a. Bagian tidak kontinyu yang memisahkan dua fasa.

b. Fase yang bertindak sebagai penahan untuk mencegah perpindahan massa tetapi

menahan atau mengatur perpindahan bagian komponen tertentu.

Dengan demikian, membran dapat berupa gas, cairan, padatan maupun

kombinasinya. Lebih lanjut, membran dapat diklasifikasi menjadi membran alami dan

buatan; berdasarakn strukturnya, berpori dan tak berpori atau sebagai membran cair;

berdasarkan aplikasinya, pemisahan gas, gas-cair, cair-cair, dll; berdasarkan

mekanisme dari fungsi membran, adsortif dan difusif, perpindahan ion, osmosis, atau

membran non selektif.

Teknik pemisahan dengan membran umumnya berdasarkan ukuran partikel

dan berat molekul dengan gaya dorong berupa beda tekan, medan listrik dan beda

konsentrasi. Proses pemisahan dengan membran yang memakai gaya dorong berupa

beda tekan umumnya dikelompokkan menjadi empat jenis diantaranya

mikromembran,ultramembran, nanomembran dan reverse osmosis.

Teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan

proses lain, antara lain :

1. Pemisahan dapat dilakukan secara kontinu

2. Konsumsi energi umumnya relatif lebih rendah


4/30

3. Proses membran dapat mudah digabungkan dengan proses pemisahan lainnya (

hybrid processing)

4. Pemisahan dapat dilakukan dalam kondisi yang mudah diciptakan

5. Mudah dalamscale up

6. Tidak perlu adanya bahan tambahan

7. Material membran bervariasi sehingga mudah diadaptasikan pemakaiannya.

Kekurangan teknologi membran antara lain fluks danselektifitaspada proses

membran umumnya berbanding terbalik. Semakin tinggi fluks seringkali berakibat

menurunnya selektifitas dansebaliknya. Sedangkan hal yang diinginkan dalam proses

berbasiskan membraneadalah mempertinggifluks danselektifitas.

2.2. Jenis-Jenis Membran

Berdasarkan fungsinya membran dapat diklasifikasikan menjadi beberapa

jenis, yaitu sebagai berikut :

1. Mikrofiltrasi

Membran mikrofiltrasi berfungsi untuk menyaring makromolekul lebih dari

500.000 g/mol atau partikel dengan ukuran 0,1 10 m. Tekanan yang digunakan 0,5

2 atm. Mikrofiltrasi merupakan pemisahan partikel berukuran micron atau

submicron. Bentuknya lazim berupa cartridge, gunanya untuk menghilangkan partikel

dari airyang berukuran 0,04 sampai 100 mikron. Asalkan kandungan padatan total

terlaruttidak melebihi 100 ppm.Filtrasi cartridge merupakan filtrasi mutlak. Artinya

partikelpadat akan tertahan, terkadang cartridge yang berbentuk silinder itu dapat

dibersihkan.

Cartridge tersebut diletakkan di dalam wadah tertentu (housing). Bahan

cartridge diantarannya katun, wool, rayon, selulosa, fiberglass, poly propilen, akrilik,

nilon, asbes, ester-ester selulosa, polimer hidrokarbon terfluorinasi.

Jenis- jenis cartridge dikelompokkan :

1. Cartridge leletan

2. Cartridge rajut-lekatan-terjurai


5/30

3. Cartridge lembar berpori (kertas saring khusus, media nirpintal,membran,

berkarbon)

2. Osmosis Balik (RO)

Membran RO dibuat dari berbagai bahan sepertiselulosa asetat (CA), poliamida

(PA), poliamida aromatis, polieteramida,polieteramina, polieterurea, polifelilene

oksida, polifenilen bibenzimidazol,dsb. Membran komposit film tipis terbuat dari

berbagai bahan polimer untuk substratnya ditambah polimer lapisan fungsional

diatasnya.

Membran mengalami perubahan karena memampat dan fouling (sumbat).

Pemampatan atau fluks-merosot itu serupa dengan perayapan plastic/logam bila

terkena beban tegangan kompresi. Makin besar tekanan dan suhu, biasanya tak

reversible dan membran makin mampat. Normalnya, membran bekerja pada suhu 21-

35 derajat celcius. Fouling membran itu diakibatkan oleh zat-zat dalam air baku

misalnya kerak, pengendapan koloid, oksida logam, organic dan silica.

Berdasarkan kajian ekonomi menunjukkan osmosis balik mempunyai

keuntungan sebagai berikut ;

1. Untuk umpan padatan total terlarut di bawah 400 ppm, osmosis balik merupakan

perlakuan yang murah.

2. Untuk umpan padatan total terlarut di ats 400 ppm, dengan penuruanan padatan

total terlarut 10% semula, osmosis balik sangat menguntungkan disbanding

dengan deionisasi

3. Untuk umpan berapapun konsentrasi padatan total terlarut, disertai kandungan

organic lebih daripada 15 g/liter, osmosis balik sangat baik untuk praperlakuan

deionisasi.

4. Osmosis balik sedikit berhubungan dengan bahan kimia, sehingga lebih praktis.

3. Ultrafiltrasi

Membran ultrafiltrasi adalah teknik proses pemisahan (menggunakan) membran

untuk menghilangkan berbagai zat terlarut BM (berat molekul) tinggi, aneka koloid,

mikroba sampai padatan tersuspensi dari air larutan. Membran semipermeabel


6/30

dipakai untuk memisahkan makromolekul dari larutan. Ukuran dan bentuk molekul

terlarut merupakan faktor penting.

Dalam teknologi pemurnian air, membran ultrafiltrasi dengan berat molekul

membran (MWC) 1000 20000 lazim untuk penghilangan pirogen, sedangkan berat

molekul membrane (MWC) 80.000- 100.000 untuk pemakaian penghilangan koloid.

Terkadang pirogen (BM 10.000- 20.0000) dapat dihilangkan oleh membrane 80.000

karena adanya membrane dinamis. Tekanan sistem ultrafiltrasi biasanya rendah, 10-

100 psi (70-700 kPa), maka dapat menggunakan pompa sentrifugal biasa. Membran

ultrafiltrasi sehubungan dengan pemurnian air dipergunakan untuk menghilangkan

koloid (penyebab fouling) dan penghilangan mikroba, pirogen dan partikel dengan

modul higienis.

Membran ultrafiltrasi dibuat dengan mencetak polimer selulosa acetate (CA)

sebagai lembaran tipis. Fluks maksimum bila membrannya anisotropic, ada kulit tipis

rapat dan pengemban berpori. Membran selulosa acetate (CA) mempunyai sifat

pemisahan yang bagus namun sayangnya dapat dirusak oleh bakteri dan zat kimia,

rentan pH.

Adapula membrane dari polimer diantaranya yaitu polisulfon, akrilik, juga

polikarbonat, PVC, poliamida, piliviniliden fluoride, kopolimer AN-VC, poliasetal,

poliakrilat, kompleks polielektrolit, PVA ikat silang. Juga dapat dibuat membrane

dari keramik, aluminium oksida, zirconium oksida, dsb.

4. Nanofiltrasi

Proses nanofiltrasi merejeksi kesadahan, menghilangkan bakteri dan virus,

menghilangkan warna karena zat organik tanpa menghasilkan zat kimia berbahaya

seperti hidrokarbon terklorinisasi. Nanofiltrasi cocok bagi air padatan total terlarut

rendah, dilunakkan dan dihilangkan organiknya.

Sifat rejeksinya khas terhadap tipe ion : ion dwivalen lebih cepat dihilangkan

daripada yang ekavalen, sesuai saat membrane itu diproses, formulasi bak pembuat,

suhu, waktu annealing, dan lain-lain. Formulasi dasarnya mirip osmosis balik tetapi


7/30

mekanisme operasionalnya mirip ultrafiltrasi. Jadi nanofiltrasi itu gabungan antara

osmosisi balik dan ultrafiltrasi.

Ditinjau dari bahannya membran terdiri dari bahan alami dan bahan sintetis.

Bahan alami adalah bahan yang berasal dari alam misalnya pulp dan kapas,

sedangkan bahan sintetis dibuat dari bahan kimia, misalnya membran polimer.

5. Membran dialisa

Membran dialisa berfungsi untuk memisahkan larutan koloid yang mengandung

elektrolit dengan berat molekul (BM) kecil. Zat terlarut pada larutan dengan

konsentrasi tinggi akan menembus membrane menuju larutan dengan konsentrasi

rendah. Jadi gaya pendorongnya adalah konsentrasi.

6. Membran elektrodialisa

Membran elektrodialisa berfungsi untuk memisahkan larutan dengan membran

melalui pemberian muatan listrik. Jadi gaya pendorongya adalah gaya gerak listrik.

Jenis Membran dan Aplikasinya

Tabel 2.1 jenis-jenis membran dan aplikasinya

Proses

pemisahan

Type MembranDriving force yang

digunakan

Model

Pemisahan

Aplikasi

Mikrofiltrasi

Struktur pori-pori

simetris, jari-jari

pori-pori

0.05-5 m

Hidrostatik, dengan

tekanan

0.5-4 barFiltrasi

Pemurnian air

dan sterilisasi

Ultrafiltrasi

Stuktur pori-pori

asimetris, jari-jari

pori-pori

2-10 nm

Hidrosastik dengan

tekanan

1-10 barFiltrasi

Pemisahan

dan

fraksionansi

campuran

molekulDiafiltrasi Stuktur pori-pori

asimetris, jari-jari

pori-pori

Hidrosastik dengan

tekanan

1-10 bar

Filtrasi dan

dialisis

Purifikasi

campuran

molekul


8/30

2-10 nm

Reverse

Osmosis

Asimetris, untuk

type larutan,

struktur difusi

hidrostatik

dengan tekanan

10-100 bar

Difusi larutan

Desalinasi air

laut dan air

payau

Dyalisis

Pori-pori simetis

dengan struktur

jenis gel

Perbedaan

konsentrasidifusi

Artificial

kedney

Elektrodyalisis

Membran

perpindahan ion

yang simetris

Tenaga listrikPerpindahan

(migrasi)

Produksiasam basa

dari garam-

garam

Pemisahan gasStruktur homogen

simetris

Perbedaan tekanan

uapDifusi larutan

Pemisahan

Oksigen atau

Nitrogen

Pervaporation

Struktur homogen

simetris

Perbedaan tekanan

uap Difusi larutan

Pemisahan

campuranazeotrop

Vapor

PermeationStruktur homogen

simetris

Perbedaan tekanan

uapDifusi larutan

Me-recover

uap organik

dari udara

Membran

distilasi

Struktur pori-pori

simetris

hidrofobik

Perbedaan tekanan

uapDifusi

Pemisahan

Solid / Liquid

Membran

kontak

Struktur pori-pori

yang simetris

Perbedaan tenaga

kimia Difusi larutan

Ekstraksi

solven

2.3. Prinsip Pemisahan dengan Membran

Pada prinsipnya proses pemisahan dengan menggunakan membran adalah

proses pemisahan antara pelarut dengan zat terlarut. Pelarut dipisahkan dengan zat


9/30

terlarut yang akan tertahan pada membran atau yang disebut dengan konsentrat,

sedangkan pelarut akan lolos melalui membran yang dinamakan permeated.

Kecepatan aliran komponen yang akan dipisahkan bergantung kepada jenis

gaya pendorong dan karakteristik membrane. Jenis gaya pendorong yang ada pada

proses pemisahan dengan menggunakan membran yaitu perbedaan tekanan,

perbedaan konsentrasi, dan perbedaan temperatur.

Proses pemisahan dengan membran mengalami perkembangan yang pesat

karena operasinya yang sederhana, konsumsi energi yang relative rendah dan

memeiliki derajat keasaman yang tinggi, sehingga timbul berbagai proses pemisahan

misalnya ultrafiltrasi, mikofiltrasi, osmosa balik, dialysis dan elektodialisis.

Gambar 2.1 Prinsip pemisahan dengan menggunakan membran


10/30

Gambar 2.2. Proses membrane yang beroperasi akibat perbedaan tekanan.

Membran mikrofiltrasi menahan partikel dengan ukuran micron (10-6 m),

biasanya merupakan partikel tersuspensi pada rentang 0,1-5 m. Partikel dengan

ukuran diatas itu, umumnya dipisahkan menggunakan metode konvensinal dengan

saringan pasir. Membran ultrafiltrasi hanya menahan molekul besar atau partikel yang

lebih besar dari 10-200 (angstrum) (atau sekitar 0,001-0,02 m). Nanofiltrasi

menahan senyawa organic kecil seperti gula, sedangkan osmosis balik (RO) menahan

semua zat terlarut kecuali pelarutnya (dalam hal ini air). Oleh karena itu, RO sering

dikenal sebagai proses pemurnian air, ultrafiltrasi sebagai metode yang secara

simultan memurnikan, memekatkan atau memfraksionasi makromolekul atau

suspensi koloid kecil. Mikrofiltrasi paling banyak digunakan untuk klarifikasi dan

pemisahan partikel tersuspensi dari pelarut.

Spektrum Pemisahan Membran


11/30

Karakteristik Membran

BAB III


12/30

PEMBAHASAN

Kombinasi antara produk pangan fermentasi bersumber protein nabati dan

probiotik merupakan suatu sinergi yang berpotensi sebagai pangan fungsional dan

perolehan produk pangan bersifat inovatif. Perpaduan antara pangan fermentasi

sebagai flavor savory dan probiotik memungkinkan dikonsumsiya probiotik dengan

cara berbeda. Kacang kacangan terfermentasi oleh Rhizopus sp C1 yang di kenal

sebagai vegetable broth (kaldu nabati ) merupakan produkseasoningserupa dengan

miso di Jepang, chiang di China atau taucho di Indonesia. Fermentasi campuran

Lactobacillus bulgaricus ( L. Bulgaricus) dan Streptococcus thermophilus ( S.

Thermophilus) pada kaldu nabati akan menghasilkan senyawa- senyawa organik yang

enak dan spesifik selain dari senyawa senyawa volatil dan asam laktat yang di

peroleh dari fermentasi Bakteri Asam Laktat (BAL) yang merupakan probiotik.

Produkseasoningberprobiiotik ini dapa di aplikasikan dengan menfotifikasikan pada

aneka saus atau sebagai bahan coating pada snack setelah melalui proses instanisasi

pada suhu rendah.

Untuk memperoleh kaldu nabati berprobiotik dengan kepekatan tinggi yang

mengandung jumlah sel BAL optimal dilakukan pemekatan menggunakan sistem

nanofiltrasi. Sistem nanofiltrasi secara luas telah di terapkan di industri- industri

farmasi, bioteknologi, makanan dan minuman, dan produk olahan susu. Membran

nanofiiltrasi yang merupakan jenis membran relatif baru di yakini memiliki ukurn

pori pori berkisar antara 1-10 nanometer (nm) dan mampu memisahkan anion

monovalent serta anion di - & multivalent dan senyawa-senyawa oragnik berberat

molekul sekitar 150-300 Dalton dengan teanan operasi antara 7-30 bar. Membran

nanofiltrasi menahan partikel parikel solut gula dan garam multivalent, tetapi

melewatkan sejumlah besar garam garam monovalent. Pada nanofiltrasi, hasil

proses berupa permeat yang mengandung garam dan solut dengan ukuran partikel 1-10 nm,


13/30

seperti protein, lemak , gula. Dalam kaitannya dengan proses pemekatan kaldu nabati

berprobiotik dengan ukuran BAL lebih besar dari pada ukuran pori- pori membran

nanofiltrasi memungkinkan tertahannya BAL pada permukaan membran sehingga

meningkatkan jumlahnya dalm konsentratL. Bulgaricus seperti BAL pada umumnya,

berbentuk batang dengan kisaran ukuran 0,5 1,2 x 10 m namun pada kondisi

tertentu dapat berbentuk sedikit bulat, sedangkan S. Thermophilus berbentuk bulat

atau menyerupai telur dengan diameter kurang atau sama dengan 1 m dan

membentuk rantai (Salminen dan Wright, 1998). Dengan ukuran tersebut

memungkinkan BAL dapat tertahan oleh membran nanofiltrasi sebagai retentat /

konsentrat oleh pegaruh tekanan hidrostatik yang tinggi. Seperti umumnya teknologi

membran, kinerja membran nanofiltrasi dipengaruhi oleh tekanan, waktu, laju alir

bahan dan suhu operasi. Kriteria kinerja membran yang ideal meliputi performance

( fluks dan tingakt efesiensi pemisahan) yang tinggi. Selain di pengaruhi oleh kondisi

operasi, materi bahan membran dan jenis bahan juga berpengaruh terhadap perolehan

komposisi permeat maupun rententat / konsntrat. Umpan ( feed) berupa suspensi

dengan tingkat keasaman tinggi dan berisi mikroba hidup memungkikan d perolehnya

hasil pemekatan berbeda baik dai komposisi nutri maupun viabilitas BAL.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kondisi operas optimal

pada proses pemekatan biomassa kacang hijau terfermentasi sebagai ingredient

berprobiotik melalui membran nanofiltrasi pada frekuensi motor pompa 10 Hz, suhu

kamar dan tekanan operasi 25 bar selama 30,60,90,120,150,180,210,270,dan 300

menit sehingga dihasilkan produk fungsional savoru dengan total BAL dan komposisi

terbaik.

Bahan dan Peralatan

Bahan bahan yang digunakan dalam kegiatan percobaan berupa kosentrat

kacang hijau terfermentasi olehRhizopus sp-C1 sebagai hasil pemurnian kacang hijau

terfermentasi melalui membran mikrofiltarsi (MF) 0,45m, kultur campuran yang

merupakan starin yogurt dari Lactobacillus bulgaricus dan Strepcoccus thermophilus


14/30

(Pusat Penelitaian Kimia- LIPI), membran MF dan nanofiltarsi (NF) (DSS,Denmark)

serta bahan- bahan kimia grade analitik dariE.Merck.

Peralatan utama yang dipergunakan dalam kegiatan ini berupa autoclave,

incubator, sistem fermentasi skala laboratorium, modul membran

MF/UF/NF/RO(DSS,Denmark), spektrofotometer, dan instrumen untuk analisis

kimia dan pengamatan aspek mikrobiologi dari produk.

Rancangan Percobaan

Proses pemekatan terhadap konsentrat kacang hijau terfermentasi oleh

Rhizopus sp C1 sebagai hasil pemurnian melalui membran mikrofiltrasi (MF)

0,45m dan diinokulasi oleh campuran kultur starter yogurt L.bulgaricus dan

S.thermophilus dilakukan menggunakan sistem membran Nanofiltrasi (NF) pda laju

alir 7L/menit, suhu 250C dan tekanan 25 bar selama

30,60,90,120,150,180,210,240,270, dan 300 menit. Selama proses pemekatan, sampel

feed/ konsentrat/rententat dan permeat dianalisis setiap 30 menit.

Pengamatan kinerja membran NF berupa fluks permeat. Analisis yang

dilakuakn terhadap komposis biomassa kacang hijau terfermentasi berprobiotik

( feed) , probiotik ingredient ( retentat) dan permeat meiputi padatan total ( metoda

Gravimetrik) , padatan terlarut ( Hand Refractometer ATAGO), protein terlarut

(metoda Lowry), gula pereduksi (metoda Somogyi- Nelson ), totl asm (metode

titrasi), dan garam ( Hand Salinity meter ) (A.O.A.C,1990), sementara jumlah BAL

total dihitung menurut metode pour plate pada agar MRS ( metode OXOID ) .

percobaan dilakukan dengan 3 kali ulangan.

Pembuatan dan Pemekatan Biomssa Kacang Hijau Terfermentasi Berprobiotik

Melalui Membran Nanofiltrasi (NF)

Pembuatan biomassa probiotik dari kacang hijau terfermentasi dilakuakn

dengan menginokulasi konsentrat kacang hijau terfermentasi oleh Rhizopus sp C1

yang dihasilkan oleh dari pemurnian melalui membrane MF 0,45 m dengan 15%


15/30

(b/v) campuran kultur strater yogurt L.bularicus dan S.thermophilus. dalam

fermentasi ini di tambahkan susu skim sebagai sumber laktosa untuk pertumbuhan

BAL hingga konsentrasi protein total mencapa 3% (b/v) dan sukrosa 12% (b/v).

Campuran ini kemudian diinkubasi pda suhu 400C selama 48 jam sehingga dihasilkan

biomassa probiotik dari kacang hijau terfermentasi. Guna memperoleh konsentrat

biomassa probiotik dari kacang hjau terfermentasi dilakukan pemekatan melalui

membran NF.

Sebanyak 5 L biomassa probiotik dari kacang hijau terfermentasi sebagai feed

dalam tanki 9 L di pompa secara tangensial/cross flow menggunakan Positive

Diplacement Pump Rannie 25,38 melalui filter 200m, sistem penukar panas dan

modul membran NF. Feed /konsentrat/rententat diatur pada laju alir 7L/menit. Suhu

feed/konsntrat/retentat dalam tanki distabilkan dengan menggunakan chiller. Pada

percobaan ini,suhu chiller ditur pasa 23-240C dan suhu tanki feed/konsentrat/rententat

dijaga dan dipertahankan pada suhu ruang ( 25 oC ). Tekanan operasi sebesar 25 bar

dicapai dengan merata-ratakan tekanan operasi feed dan retentat. Aliran cross- flow

pada operasi NF, fluida dialirkan menuju permukaan membran NF dimana terjadi

pemisahan komponen-komponen makromolekul, suspensi dan koloid dalam feed.

Komponen tertolak yang tidak lolos melalui membran, disirkulasikan secara kontinue

kedalam tanki feed/konsentrat/retentat sebagai retentat. Komponen yang lolos melalui

membran dipisah permeat. Proses ini semakin lama akan meningkatkan konsentrasi

solute dalam feed/konsentrat/retentat setiap 30,60,90,120,150,180,210,240,270, dan

300 menit. Setelah proses pemekatan selesai, membran pada modul dibersihkan

dengan engalirkan 1% larutan sodium hidroksida pada laju alir 3,5 L/menit, suhu

60oC dan tekanan 25 bar selama 30 menit, diikuti oleh pembiasan menggunakan air

Reverse Osmosis (RO). Pembuatan dan pemekatan biomassa berprobiotik dari

kacang hijau terfermentasi melalui membaran NF di tunjukkan pada Gambar 1.


16/30

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Biomassa Probiotik dari Kacang Hijau Terfermentasi

Karakteristik biomass probiotik dari kacang hijau terfermentasi menggunakan

campuran kultur starter yogurt L.bulgaricus dan S.thermophilus ditunjukkan pada

gambar 2. Dari komposisi biomass probiotik dari kacang hijau terfermentasi, protein

terlarut dan jumlah BAL total merupakan komponen-komponen paling penting. Ini

berkaitan dengan fungsi konsentrat sebagai aditif pangan probiotik atau ingredien

probiotik sebagai sumber protein nabati dalam produk pangan nabati. Konsettrasi

protein terlarut yang tinggi (3,425 mg/mL ) dalam biomassa probiotik dari kacang

hijau terfermentasi menunjukkan banyaknya asam-asam amino dan peptida berberat

molekul rendah guna mendukung sifat-sifat fungsionalnya sebagai bahan sesoning


17/30

yang mengandung flavor savory. Konsentrasi gula pereduksi yang tinggi (127,5

mg/mL) dan garam (0,6%) mengindikasikan pengaruh bahan awal yang dihasilkan

oleh proses fermentasi garam yang merupakan reaksi dasar dari produk ini.

Fermentasi garam pada kacang hijau oleh 24% Rhizopus-C1, 20% garam dan

56% kacang hijau menghasilkan citarasa kacang hijau yang spesifik sebagai hasil dari

perombakkan protein,karbohdrat dan lemak oleh masing- masing aktivitas enzim

protease, amilase dan lipase. Dari keseluruhan produk ini akan dihasilkan citarasa

savory (umami) (Susilowati dkk,2006).

Pengaruh Proses Pemekatan Terhadap Fluks

Pengaruh waktu pemekatan terhadap fluks permeat melalui membran NF pada

laju alir 7 L/menit, suhu kamar dan tekanan 25 bar ditunjukkan pada gambar 3. Fluks

(J) permeat diartikan sebagai sejmlah filtrat yang keluar (L) persatuan luas (A) per

waktu(t) yang dihitung sebagai J=L/(Axt). Fluks permeat merupakan salah satu

parameter kinerja membran dan menjadi suatu kriteria suatu proses membran

(Mulder,1996). Dalam pemekatan kaldu nabati probiotik melalui membran NF,

umpan berupa biomassa BAL dari konsentrat kacang hijau terfermentasi ebagai hasil

mikrofiltrasi 0,45 m dengan kandungan padatan total 16,09%. Tingginya


18/30

konsentrasi padatan total ini berpengaruh langsung terhadap fluks permeat dimana

denan tekanan 25 bar menunjukkan penurunan fluks permeat secaa tajam sejalan

dengan lamanya waktu pemekatan. Penurunan fluks permeat yang taam ini disebaban

oleh pemisahan bahan dimana partikel yang lebih kecil akan lolos sebagai permeat

yang menyebabkan retentat semakin mengental.

Penurunan fluks permeat dipengaruhi tidak hanya oleh kondisi proses

(tekanan tranmembran, kecepata coss-flow,suhu dan waktu) tetapi juga oleh faktor-

faktor jenis dan konsentrasi biomassa serta jenis bahan membran yang digunakan.

Faktor-faktor tersebut memberikan pengaruh terhadap fluks permeat berbeda-beda

(Zeman dan Zydney,1996). Tekanan akan berpengaruh terhadap laju alir permeat

sedangkan frekuensi motor pompa berpegaruh terhadap laju alir biomassa. Umumnya

laju alir akan berkolerasi positif terhadap nilai fluks permeat sehingga semakin tinggi

laju alir biomassa maka nilai fluks permeat juga akan semakin tinggi

(Michaels,1989).

Membran NF yang memilki ukuran pori-pori 1-10nm dengan kemampuan

memisahkan partikel pada kisaran 0,001 mikron (4x105inci=1x4 Ao units) dapat

memisahkan hampir seluruh partikel dari air terasuk asam laktat dan senyawa volatil

(asetaldehida dan senyawa- senyawa organik hasl fermentasi BAL) yang merupakan

metabolit BAL (Karos dkk,1996). Pada pemisahan konsentrat berprobiotik ini dimana

konsentrasi gula,protein dan jumlah BAL total cukup tinggi memungkinkan

terbentuknya fouling karena peningkatn kekentalan fluida yang melewai permukaan

membran. Pad proses ini lebih ditekankan pda kemampuan membran NF dalam

memekatkan bahan biomassa, terutama BAL selain dari metabolit yang dihasilkan

oleh BAL selama proses hidrolisis terutama kandungan asam laktatnya yang

berfungsi langsung sebagai zat bioaktif produk konsentrat.


19/30

Pengaruh Proses Pemekatan Terhadap Jumlah BAL dan Komposisi Permeat

dan Retentat

Terhadap jumlah BAL total, maka dengan semakin lamanya wakktu

pemekatan akan meningkatkn jumalah BAL total baik pada retentat maupun permeat.

Peningkatan waktu optimal terjadi pada retentat dengn waktu pemekatan 210 dan 240

menit dengan menghasilkan jumlah BAL total masing-masing 2,6 x 1010 cfu/mL,

sedangkan pada permeat jumlah BAL total cenderung tetap dimana pada waktu

pemekatan 210 menit menghasilkan jumlah BAL total sebesar 1,2x107 dan 4,5 x 106

cfu/mL, seperti ditunjukkan dalam gambar 4. Perbedaan jumlah BAL total dalam

retentat dan permeat ditunjukkan dengn kisaran rejeksi antara 99,97 99,99% atau

dengan kata lain efesiensi proses pemekatan menggunakan membran NF

menunjukkan pemisahan yang sempurna karena hampir seluruh BAL tertahan dalam

retentat dan hanya sebagia kecil lolos dlm permet (Paulson,1995). Keadaan ini

menunjukkan bahwa membran semiermeabel ideal dan partikel bebas melewati

membran. Hal ini terjadi karen besarnya pori-pori membran NF berkisar antara 1-10


20/30

nm dimana BAL dari S.thermophilus memiliki bentuk sel bulat dengan diameter

1m membentuk rantai panjang sedangkan L.bulgaricus berbentuk batang dengan

kisara ukuran sel 0,5 1,2 x 10-10m (Batt dkk,1999& Salminen dan Wright, 1998)

sehingga dengan uuran BAL yang lebih besar daripada ukuran pori-pori membran NF

memungkinkan terjadinya penumpuka partikel BAL pada permukaan membrn

sebagai retentat dan hanya sedikit yang lolos sebagi permeat, meskipun sejumlah sel

dapat saja berubah bentuk oleh tekana tinggi sehingga dapat melalui penghalang

membran bahkan jka ukuran sel lebih kecil daripada ukuran pori-pori membran.

Proses pemekatan ini memungkinkan terjadinya kematian sel BAL karena mengalami

kerusakan dinding sel dan tidak aktifnya enzim intraseluler karena tekanan opersai

tinggi.

Sehingga dengan ukuran BAL yang lebih besar daripada ukuran pori-pori

membran NF memungkinkan terjadinya penumpukan partikel BAL pada permukaan

membran sebagai rentetan dan hanya sedikit yang lolos sebagai pemeat, meskipun

sejumlah sel dapat saja berubah bentuk oleh tekanan tinggi sehingga dapat melalui

penghalang membran bahkan jika ukuran sel lebih kecil daripada ukuran pori-pori

membran. Proses pemekatan ini memungkinkan terjadinya kematian sel BAL karena

mengalami kerusakan dinding sel dan tidak aktifnya enzim intraseluler karena operasi

tekanan tinggi.


21/30

Hubungan antara waktu pemekatan dan jumlah BAL total sebagai hasil

pemekatan biomassa probiotik dari kacang hijau terfermentasi melalui membran NF

pada laju alir 7 L/menit, suhu kamar, tekanan 25 bar

Dugaan inilah yang kemungkinan terjadi pada waktu pemekatan 270 dan 300

menit dimana jumlah BAL total dalam rentetan menunjukan penurunan masing-

masing menjadi 2,2 x 1010 dan 2,5 x 107 cfu/mL. Meskipun demikian, banyaknya

jumlah BAL total yang lolos dalam permeat terdapat lebih dari batas banyaknya

probiotik dalam suatu produk probiotik dimana dengan waktu pemekatan

30,60,90,120,150,180, dan 210 menit berturut-turut menhasilkan 2,5 x 107 ; 1,2 x 107;

5,5 x 106 ; 8,1 x 106 ; 9,9 x 106 ; 5,4 x 106 dan 1,2 x 107 cfu/mL. Sedangkan rentetat


22/30

berupa suspensi kental, creammy, berwarna kekuningan berasa asam, manis, dan

gurih sedangkan permeat berupa cairan jernih menyerupai air, berasa gurih, asam dan

sedikit manis berpotensi sebagai aciduan berprobiotik.

Waktu pemekatan yang semakin lama juga meningkatkan konsentrasi total

asam dalam rentetat dan permeat, seperti ditinjukan gambar dibawah ini. Asam laktat

merupakan metabolit BAL dari proses fermentasi yang dihasilkan dengan

memanfaatkan karbohidrat (glukosa, maltosa, fruktosa) dari media dan laktosa dari

susu skim sebagai nutrisinya melalui jalur Tagatose dan Embden Meyerhof Parnas

(EMP). Asam laktat dihitung dengan asam total tertitrasi dan merupakan parameter

terjadinya proses metabolisme laktosa homofermentatif yang merupakan komponen

bioaktif produk ini.

Hubungan antara waktu pemekatan dan konsentrasi total asam sebagai hasil

pemekatan biomassa probiotik dari kacang hijau terfermentasi melalui membran NF

pada laju alir 7 L/menit, suhu kamar, tekanan 25 bar.

Kandungan asam laktat sebagai total asam tertittrasi optimal dalm rentat(1,44%) dan permeat (1,43%) diperoleh pada waktu pemekatan 270 menit. Selama

pemekata terlihat bahwa pemisahan asam laktat berlangsung cukup baik dimana

secara keseluruhan asam laktat dalam rentetat tertahan lebih banyak daripada lolos

dalam permeat. Beberapa waktu pemekatan memperlihatkan fluktutifnya konsentrasi


23/30

asam laktat dengan konsetrasi dalam permeat yang lebih tinggi, seperti pada 90

meniit (1,38%) dan 240 menit (1,45%) daripada dalam rentetat masing-masing-

masing 1,35% dan1,36%. Tabel 1 memberikan gambaran bahwa rasio konsentrasi

asam laktat dalam rentetat dan permeat yang hanya sedikit berbeda menunjukkan

bahwa sistem NF beroperasi kurang optimal. Hal ini ditunjukkan dengan tingkat

rejeksi yang rendah berkisar 0,69-8,95%.

Reeksi (R) merupakan tingkat penolakan membran atas suatu komponen

menunjukan kemamouan suatu membran untuk menahan komponen tertentu agar

tidak meleati membran . rejeksi dinyatakan dalam presentasi yang dapat dihitung

ssuai dengan rumus R = 1 (Cp/Cf), dimana Cp merupakan konsentrasi solut dalam

permeat dan Cf merupakan konsentrasi solut dalam umpan (feed). Apabila suatu zat

tertahan sempurna oeh membran, maka konsentrasi zat dalam aliran permeat menjadi

0 (Cp=0), tetapi karena tidak ada membran yang mempunyai sifat ideal, nilai rejeksi

antara 1-100%.

Diduga dengan ukuran partikel antara 0,0004-0,0008 m (100-500 Dalton)memungkinkan asam laktat mudah lolos sebagai permeat. Konsentrat berprobiotik ini

mempunyai kisaran pH antara 3,5-4,5 yang memungkinkan terjadinya interaksi

antara bahan dan komponen membran sehingga menurunkan selektivitasnya karena

pengaruh tingkat hidrolisis pada membran. Materi membran berupa bahan komposit


24/30

yang terdiri atas polietilen dan bahan-bahan selektif aktif dimana dalam

spesifikasinya bahan ini selektif terhadap protein dengan perkiraan rejeksi ,45%

sehingga konsentrat berprobiotik dengan konsentrasi asam total cukup tinggi (1,28-

1,44%) kemungkinan akan berpengaruh terhadap ketahanan bahan yang

menghasilkan rejeksi asam total ,45%. Kecenderungan berbeda ditunjukan pada

konsentrasi garam dari bahan yang dinyatakan dengan rejeksi yang rendah selama

waktu 300 menit. Semakin lama waktu pemekatan menghasilkan konsentrasi garam

dalam permeat namun semakin manurun pada rentetat.

Tingkat pemisahan garam yang nyata tampak setelah proses pemekatan 120

menit dimana garam lebih banyak lolos dalam permeat daripada tertahan pada

rentetat . hal ini juga disebabkan selain besarnya partikel garam (0,001-00,01m)

juga sifat kelarutan garam dalam air cukup tinggi. NaCl merupakan elektrolit kuat

yang berdisosiasi hampir sempurna membentuk partikel bermuatan (ion). Kuatnya

ikatan elektrostatik ini dapat dipisahkan oleh air murni sebagai pelarut terbaik diaman

daya tarik antara kutb-kutub air dan ion-ion Na+ dan Cl- mengalahkan daya tarik

menarik ekdua ion tersebut sehingga gara larut dengan kestabilan tinggi meskipun hal

ini juga dipengaruhi oleh faktor kondisi proses (tekanan, laju alir). Dugaan lain

adalah tingginya tekanan proses pemekatan 90 menit dan mulai lolos sebagai permeat

setelah waktu pemekatan 120 menit. Secara keseluruhan, sistem NF menghsilkan

pemisahan garam kurang optimal yang ditunjukkan dengan tingkat rejeksi terhadap

garam berkisar semakin menigkat 1,72-28,75%.


25/30

Terhadap konsentrasi padatan kering, waktu pemekatan menghasilkan produk

probiotik dengan konsentrasi padatan kering dalam rentetat semakin meningkat

namun cenderung konstan pada permeat. Padatan kering dalam rentetat lebih banyak

daripada dalam permeat untuk seluruh waktu pemekatan. Proses pemekatan selama

300 menit menghasilkan pemisahan padatan kering degan tingkat rejeksi yang baik

dengan kisaran antara 87,81-96,1%. Dengan kata lain kinerja membran NF dalam

pemisahan padatan kering adalah optimal atau mendekati sempurna karena hanya

sebagian kecil padatan kering saja yang lolos sebagai permeat. Peningkatan

konsentrasi padatan kering inidisebabkan terjadinya pengurangan air yang lolos

meleawti pori-pori membran menyebabkan terjadinya akumulasi bahan pada

permukaan membran meskipun membran mempunyai batas masimal pemisahan

(30% total bahan). Padatan kering dari konsentrat kacang hijau terfermentasi

berprobiotik ini mengandung komponen-komponen terlarut dan tidak terlarut yaitu

asam-asam amino, asam laktat, mineral, karbohidrat, senyawa volatil (alkohol,

diasetildehida) dan mikroba hidup (BAL).


26/30

Hubungan antara waktu pemekatan dan konsentrasi protein terlarut sebagai

hasil pemekatan biomassa probiotik dari kacang hijau terfermentasi melalui membran

NF pada laju alir 7 L/menit, suhu kamar dan tekanan 25 bar. Terhadap konsentrasi

protein terlarut, waktu pemekatan semakin lama menghasilkan konsentrat dengan

protein terlarut lebih tinggi daripada protein terlarut pada permeat.

Waktu pemekatan 30-60 menit menunjukkan adanya peningktan yang tajam

dalam rentetat dengan konsentrasi protein terlarut optimal 4,1 mg/mL yang

selanjutnya menurun sampai waktu pemkatan 120 menit (3,15 mg/mL). Sedangkan

salam permeat memperlihatkan konsentrai protein terlarut cenderung konstan sampai

waktu pemekatan 300 ment (0,002 mg/mL).

Proses pemekatan ini memperlihatkan efisiensi maksimal yang ditunjukkan

pada rejeksi berkisar 96,85 99,99% selama pemekatan waktu pemekatan 30-300

menit atau dengan kata lain memisahkan protein terlarut mendekati semourna. Hal ini

diduga disebabkan oleh penggunaan membran NF mempunyai ukuran pori-porinya


27/30

(1-10 m) lebih kecil daripada ukuran partikel komponen protein terlarut (asam-asam

amino dan peptida) sehingga dapat memkatkan dengan sempurna yang ditunjang

dengan pemilihan kondisi proses berupa laju alir 7 L/menit, suhu ruang dan tekanan

25 bar. Protein terlarut merupakan komponen penting pada produk konsentrat kacang

hijau sebagai ingridien probiotik selain dari jumlah BAL total itu sendiri. Hal ini

disebabkan protein terlarut merupakan parameter peptida dan asa-asam amino dengan

berat molekul rendah karena pengaruh dari proses-proses fermentasi yang

menyertainya, terutama pada saat fermentasi kacang hijau menggunakan inokulum

dari kapang Rhizopus sp-C1. Protein terlarut juga menunjukkan pengaruh enzim-

enzim aktifitas B-galaktose dan B-fosfogalaktosidase dalam memfermentasikan

laktosa membentuk asam laktat juga. Selama fermentasi BAL berlangsung, protein

terlarut diperoleh sebagai asam-asam amino yang dihasilkan pada reaksi

enzimatimatis melalui pemecahan protein susu skim oleh enzim proteinase menjadi

peptida-peptida terarut yang selanjutnya oleh enzim peptides membentuk asam-asam

amino yang memberi kotribusi protein terlarut pada keseluruhan biomassa. Dengan

produksi asam laktat yang tinggi yang menyebabkan tingkat keasaman suspensi

semakin tinggi yang menyebabkan terjadinya denaturasi protein yang ditunjukan

dengan pembentukan massa padat laktosa sebagai koagulan menyerupai yogurt.

Kecenderungan berbeda terlihat pada kandungan gula pereduksi produk

probiotik. Waktu pemekatan yang semakin lama akan menghasilkan konsentrasi gula

pereduksi dalam rentetat yang semakin meningkat sampai optimal pada waktu

pemekatan 300 menit dengan menghasilkan konsetrasi gula pereduksi 187,5 mg/mL,

sedangkan pada permeat tampak konstan sejalan dengan lamnya waktu proses. Dari

perbedaan konsentrasi gula pereduksi dalam rentetat dan permaet ini menunjukkan

efisiensi tinggi yang ditunjukkan dengan nilai rejeksi pada kisaran 99,01-99,42%

selama waktu pemekatan 30-300 menit atau tingkat pemisahan yang hampir

sempurna . Pemisahan ini disebabkan oleh partikel gula (fruktosa,sukrosa,glukosa)

meiliki ukuran partikel berkisar 0,0008-0,001m (200-400 Dalton). Dengan ukuran

yang lebih besar daripada ukuran pori-pori membran NF sehingga sistem NF akan


28/30

menahan partikel gula pada permukaan membran. Gula merupakan komponen cukup

penting pada produk ini karena memberikan kontribusi rasa keseluruhan pada produk

probiotik. Kombinasi citarasa manis, asam,asin dan gurih merupakan citarasa unik

dan spesifik sebagai sumber butrisi probiotik. Gua sebagai monosakarida (fruktosa

dan glukosa) diperoleh dari hasil pemecahan karbohidrat dari kacang hijau oleh

enzim amylase kapang Rhizopus sp-C sebagai inokulum pada proses fermentasi

garam pada kacang hijau terfermentasi. Gula juga diperoleh dari pembubuhan susu

skim dan sukrosa pada saat fermentasi BAL yang digunakan sebagai sumber nutrisi

BAL.

Dari keseluruhan proses pemekatan kaldu nabati berprobiotik diperoleh

kondisi proses terbaik berdasarkan optimasi jumlah BAL total dan efisiensi proses,

yaitu pada waktu proses pemekatan 210 menit yang memberikan hasil rentetat yang

berupa suspensi kental, creamy denngan warna putih kekuningan yang berasa gurih,

asam dan sedikit manis, mempunyai jumlah BAL total sebesar 2,6 x 1010 cfu/mL,


29/30

sedangkan hasil permeat berbentuk cairan jernih, berasa gurih, asam dan sedikit

manis, mempunyai jumlah BAL total 1,2 x 107 cfu/mL, yang berpotensi sebagai

acidulant berprobiotik. Gambar 10 memperlihatkan rentetat (a) dan permeat (b) hasil

pemekatan kaldu nabati berprobiotik melalui membran NF pada laju alir 7 L/menit,

suhu ruang dan tekanan 25 bar selama 210 menit.


30/30

BAB IV

KESIMPULAN

1. Nanofiltrasi adalah membran yang ukuran porinya antara ultrafiltrasi dan

reserve osmosis. Nanofiltrasi mempunyai ukuran pori sekitar 1 nanometer.

2. Aplikasi nanofiltrasi dalam industri pertanian :

1. Memisahkan beta-karoten dan alfa-tokoferol minyak sawit dalam

isopropanol

2. Memisahkan garam-garaman pada saat pembuatan gula.

3. Pemurnian minyak jagung

4. Dalam industri pengolahan susu membran nano diperlukan untuk

memisahkan mineral dalam whey.

5. Pemekatan sari buah untuk dibuat produk minuman.

6. Pemisahan asam amino dari protein dalam cacing tanah untuk digunakan

bahan farmasi contohnya.

3. Proses pemekatan biomassa probiotik dari kaldu nabati melaluui membran NF

berpengaruh terhadap kinerja membran, komposisi dan jumlah BAL total.

Rentetat menunjukkan komposisi nutrisi lebih baik daripada permeat.

4. Semakin lama waktu konsntrasi akan mengahsilkan pemisahan komponen-

komponen dalam rentetat dan permeat semakin optimal, mengurangi

konsentrasi garam, dan meningkatkan padatan total, protein terlarut, gula

pereduksi, asam total, dan jumlah BAL total dalam permeat cenderung tetap

dan konsentrasi garam terfluktuasi.

5. Berdasarkan jumlah BAL total dan efisiensi proses yang tertinggi, proses NF

optimal tercapai pada waktu 210 menit. Kondisi proses ini menghasilkan

rentetat sebagai suspensi kental kaldu nabati berprobiotik, krimm, putih

kekuningan, berasa gurih, asam dan sedikit manis, semntara permeat sebagai

asidulan probiotik berupa cairan jernih kekuningan dan berasa gurih, asam

dan sedikit manis.

tugas nanofiltrasi

Documents